какие существуют формы подземного и поверхностного карста

2). Подземные и поверхностные карстовые формы.

Поверхностные карстовые формы.

Кары – образуются на поверхности обнажённых растворимых горных пород. Представляют углубления, напоминающие глубокие борозды, небольшие канавки, щели, дыры глубиной от нескольких сантиметров до 1- 2 метров. Их происхождение связано с воздействием атмосферных осадков и талых снеговых вод. Местами кары густо покрывают большие площади, которые становятся труднопроходимые, такие поверхности называют – каровыми полями.

Поноры – вертикальные или наклонные глубокие отверстия щеле или кольцеобразной формы, поглощающие поверхностную воду и отводящие её в глубину карстового массива.

Карстовые ниши – наблюдаются на выходах растворимых горных пород на крутых горных склонах. Образуются при растворении пород атмосферными осадками (дождь, снег), стекающие в большом количестве по обнажённому склону, или в результате выщелачивания подземными водами.

Карстовые воронки – имеют различные формы, то с довольно крутыми склонами, то в виде чаш и блюдец с пологими склонами и небольшой глубиной. Диаметр подавляющего большинства воронок изменяется от 1 до 50 метров, некоторые достигают 100 метров и более.

Воронки поверхностного выщелачивания – образуются в результате растворяющего воздействия снеговых и дождевых вод. Происходит постепенное расширение и углубление открытых трещин, расширение верхних частей понор и превращение их в воронки.

Провальные воронки – в результате обрушения подземных карстовых полостей.

Котловины и полья – крупные замкнутые понижения в растворимых горных породах, главным образом в горных областях. Для них характерны крутые склоны высотой в десятки метров, иногда сотни метров. Относительно выровненное дно, в пределах которого местами встречаются водопоглощающие воронки с понорами.

Карстовые колодцы, шахты и пропасти – вертикальные и наклонные карстовые формы, уходящие в глубину на десятки и сотни метров.

Подземные карстовые формы.

Карстовые пещеры и каналы – пещеры представляют собой систему горизонтальных или наклонных каналов, то неправильно ветвящихся, соединённых узкими ходами, то расходящихся и образующих огромные залы, или гроты, то переходящие в узкие едва проходимые щели.

В сильно закарстованных пещерах наблюдается несколько этажей пещер.

Отложения карстовых пещер – натёчные образования сталактиты (сверху вниз) и сталагмиты (снизу вверх).

Пористый карбонатный туф – образуется на выходе источников подземных вод, в виде накоплений.

Суффозия (подкапывание) – вынос материала из основания нерастворимых покровных отложений в нижележащие карстовые полости в растворимых породах.

Билет 6.

1). Внешние планеты, их строение.

Планеты – гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун образуют внешнюю группу планет.

2). Основные черты рельефа дна Мирового Океана.

В рельефе дна Мирового океана выделяют геомофологические элементы:

Подводные континентальные окраины;

Ложе Мирового океана;

Срединно – океанские хребты.

В морфологии окраин атлантического типа различают:

Континентальное (материковое) подножие – пологонаклонная, иногда слабоволнистая равнина, занимающие промежуточное положение между континентальным склоном и ложем океана. Ширина полосы подножия десятки и сотни километров, а глубина от 2000 – 2500 до 3000 – 3500 м.

Активные континентальные окраина тихоокеанского типа характеризуются расчленением рельефа и тектонической активностью (интенсивные извержения вулканов, землетрясения, деформации). Переход от континента к ложу океана осуществляется через глубоководные желоба, островные дуги и котловины окраинных морей.

Островные дуги – горные сооружения, выступающие над уровнем моря своими вершинами и гребнями (острова). Широко они развиты в Тихом океане.

Глубоководные желоба – представляют глубокие узкие впадины большой протяжённостью (100 – 150 км). Дно желобов относительно плоское, шириною несколько километров. Глубины от 7 до 11 тыс. м. Максимальная глубина приурочена к Марианскому желобу (11022 м).

Источник

Карстовый процесс

Карстовый процесс

Необходимость проведения инженерно-геологических условий строительства в районах развития карстовых процессов и явлений очевидна. Своевременное и подробное изучение карстовых процессов и явлений в почвах может на этапе планирования сооружений с большой вероятностью предупредить опасные последствия строительных работ.

Из всех геологических процессов карстовые труднее всего спрогнозировать, они наиболее опасны, а развиваются сотни миллионов лет. Карстовые процессы – одни из наиболее тяжелопрогнозируемых опасных геологических процессов.

Особенность карстовых процессов заключается в том, что они существенно усложняют процесс строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также препятствуют рациональному использованию сельскохозяйственных земель и наносят значительный ущерб населению и хозяйству. В результате влияния карстовых процессов происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений вплоть до их полного разрушения, потеря воды из малых прудов через карстовые полости в бортах и основаниях водохранилищ, прорывы карстовых вод в горные выработки и тоннели, их затопление, загрязнение подземных вод.

Изучение карста при планировании сооружений может в большей степени предупредить все эти опасные последствия.

Карст: условия образования

В Российской Федерации выделяются Волго-Уральская, Предуральская, Западно-Уральская, Центрально-Уральская и Магнитогорская карстовые провинции.

Карстующиеся породы разного литологического состава, залегающие на поверхности и различных глубинах, распространены очень широко и занимают почти 50% территории России.

Вследствие необратимых преобразований рельефа и пород, загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и атмосферных осадков, а также деградации растительности существенно изменяются условия и факторы карстообразования. Карст активизируется и проявляется на поверхности в результате сокращения мощности до обнажения карстующихся пород, изменения состава и свойств при увлажнении покровных отложений, нарушения рельефа. Появляются и расширяются очаги повышенной инфильтрации поверхностных, а также под-земных агрессивных вод. Участками ослабления служат карстовые полости, открытые трещины, зоны дробления, погребенные провалы и другие подземные формы карста.

Скорость карстового процесса уменьшается с глубиной и с удалением от базиса эрозии.

Карстующиеся породы – известняки, доломиты, гипс и каменная соль – часто образуют отдельные линзы и прослои среди пород глинистого состава. Вода, насыщенная углекислотой, растворяет известняки и доломиты быстрее, чем химически чистая вода.

К растворимым породам относятся каменная соль, гипс, ангидрид, известняк, доломит, отчасти мергель, в которых и наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов. Районы, на территории которых имеется распространение гипсового и соляного карста, являются наиболее опасными. Развитие гипсового карста, когда происходит выщелачивание горных пород, которое со временем приводит к образованию на земной поверхности карстовых воронок, оказывает влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.

Процессы растворения и эрозия при линейном расположении воронок могут привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.

На выходах растворимых горных пород наблюдаются различных размеров карстовые ниши, которые образуются при процессах физического выветривания и при растворении пород атмосферными осадками, стекающими в большом количестве по обнаженному склону.

С карстовыми процессами связано полное или частичное поглощение поверхностного стока рек. Исчезающие озера и реки имеются в различных районах и климатических зонах. На дне этих озер находятся карстовые воронки и поноры, через которые вода озер периодически поглощается и уводится на глубину.

Карстовые процессы являются подземными и поверхностными, эрозионными и аккумулятивными формами – полости, зоны разуплотнения, открытые и заполненные. По отсутствию или наличию нерастворимых покровных отложений выделяют открытый и покрытый карст.

На территории суши Земли карст открытого типа занимает 9,5%, покрытого типа – 22%.

Форма и содержание

Карст на поверхности и в глубине представляет собой единый взаимосвязанный процесс. С образованием поверхностных карстовых форм, связанных в значительной степени с выщелачиванием и размывом поверхностными водами, в глубине массивов растворимых горных пород наблюдаются различные подземные формы. К подземным карстовым формам относятся закарстованные трещины, трещины, расширенные растворяющей деятельностью подземных вод, карстовые пещеры и каналы. Вода, просачивающаяся сверху и движущаяся по трещинам, в карбонатных породах содержит много растворенного углекислого газа, что увеличивает ее растворяющую способность. Растворяя по пути движения известняки, вода насыщается углекислым кальцием в виде бикарбоната.

В рыхлых нерастворимых породах, покрывающих закарстованные породы, отмечаются подземные и поверхностные формы. Форма, размеры воронок и частота их образования тесно связаны с геологическим строением, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями, а также режимом подземных вод.

В рыхлых мергелистых и гипсоносных песчано-глинистых породах большую роль наряду с выщелачиванием играет механический вынос частиц.

Наличие суффозии в ее активной фазе в определенных условиях приводит к формированию депрессионной воронки в верхнем водоносном горизонте: уровень грунтовых вод принимает V-образную форму. В основании нерастворимых пород создаются подземные полости, которые, постепенно разрастаясь, приводят к нарушению устойчивости свода и его обрушению. Активизация карстово-суффозионных процессов возможна также за счет химического состава подземных вод и их температуры.

В результате карстовых процессов на поверхности образуется воронка с обрывистыми вертикальными стенками, имеющими обратный уклон – провал. Провальные воронки и воронки обрушения бывают цилиндрическими, коническими, чашевидными и сложного строения. Две последние формы характерны для воронок смешанного генезиса. Карстово-суффозионные провальные воронки и шахты достаточно широко развиты в карстовых районах покрытого карста. Их формирование связано с суффозией материала из основания покрывающей толщи в нижерасположенные подземные карстовые полости в растворимых горных породах. Появление воронок любого генетического типа сопровождается прогибом земной поверхности.

Большое влияние на величину провальной опасности оказывает естественный режим поверхностных и подземных вод. Значительную опасность для зданий и сооружений представляют деформации земной поверхности, характерные для территорий с развитием сульфатного карста. Карстовые процессы оказывают влияние на все физико-географические условия местности. Они резко изменяют рельеф, характер и режим подземных и наземных вод.

Возникновение провалов может создавать аварийные ситуации, приводящие к гибели людей и разрушениям зданий и сооружений со значительными ущербами экономического, социального и экологического характера.

Оценка опасности

Оценка карстовой опасности должна выполняться с учетом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. Предусматривается исследование напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи в окрестности участка ослабления массива и влияния перераспределения напряжений на процесс образования воронок.

Выявление и изучение карстовых процессов и явлений возможно методами сейсморазведки. Также проводят исследование процесса, нарушающего устойчивость связных грунтов над карстовой полостью, и механизмов появления гидрогеологических окон в водоупорах. Также необходимо проводить определение закономерностей деформирования воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных несвязных грунтов при их поступлении в трещинно-карстовые коллекторы с учетом кинематики процесса и разработку моделей, позволяющих оценить размеры карстово-суффозионных воронок и возможность их появления в песчаной толще.

При инженерных изысканиях следует выполнять:

При строительстве на закарстованных территориях требуется учитывать различные типы и подтипы карстовой опасности.

Необходимо и установить, какие генетические типы карстовых провалов и по каким причинам могут появиться на исследуемой карстоопасной территории.

Необходимо провести ее районирование, позволяющее выделить однотипные участки, в пределах которых – под действием определенных факторов – может реализоваться карстовое провалообразование определенного механизма.

При выборе площадки для строительства проектные организации должны учитывать карстовую опасность территории, а также проблемы негативных последствий подтопления больших по площади закарстованных территорий.

При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений необходимо предусматривать меры по инженерной защите территорий и снижению опасности, ущербов и риска от экзогенных геологических процессов путем применения вышеописанных методов. Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста необходимо применять противокарстовые мероприятия или их сочетания: планировочные, водозащитные, противофильтрационные, укрепление оснований, конструктивные, технологические и эксплуатационные.

Таким образом, инженерно-геологические условия в районах распространения карстовых процессов в целом характеризуются как неблагоприятные для всех видов строительства. Однако в настоящее время применяются различные виды исследований, проводится разработка нормативных документов и оценка степени опасности закарстованных территорий и степени их устойчивости, прогнозы местоположения, частоты, размеров провалов. В связи с этим и только при условии неукоснительного соблюдения всех установленных требований и правил, а также с применением конструктивных мер противокарстовой защиты имеется возможность производить строительство на недостаточно устойчивых территориях.

Источник

Карстовые формы рельефа

Под карстом понимают процесс выщела­чивания горных пород главным образом под­земными, отчасти поверхностными и морски­ми водами и совокупность возникающих в ре­зультате специфических денудационных (коррозионных) форм рельефа. Вода при этом оказывает определенное механическое воздей­ствие на породы, но все-таки главное — вынос веществ из породы в растворенном со­стоянии. Название «карст» (от нем. Ка^5^) происходит от собственного названия плато Карст в Динарских горах. Сейчас оно носит словенское название Крас. Карстовые процес­сы и формы рельефа широко распространены на земном шаре. Причем во внетропических широтах развит провальный карст, а в эква­ториально-тропических преобладает выпуклый останцовый карст.

Развитию карста способствует ряд условий, прежде всего наличие легкорастворимых по­род: либо карбонатных (известняков, доломи­тов, мела и др.), либо некарбонатных (солей, гипса). Наибольшая растворимость у гипса, но известняки шире распространены, поэтому карст ассоциируется прежде всего с извест­няками. В соответствии с различными карсту-ющимися породами выделяют карбонатный, гипсовый и соляной карст. Важна и химиче­ская чистота породы: чем меньше содержится в ней нерастворимого остатка, тем значитель­нее выщелачивание. Карсту благоприятствуют трещиноватость пород, облегчающая условия для проникновения в них вод. Трещиноватость пород больше в горах, чем на равнинах, из-за значительных тектонических разрывных на­рушений. Важна и мощность карстующихся толщ — при их большой мощности карсто­вые процессы проявляются во всех видах, включая образование пещер, тогда как в ма­ломощных они образуют лишь воронки, блюд­ца и прочие небольшие формы рельефа. Боль­шое значение имеет содержание в воде углекислоты, вследствие чего она становится хи­мически агрессивной и увеличивает раствори­мость пород в десятки раз. Предпочтительны небольшие уклоны поверхности, при которых вода меньше стекает, больше просачивается в грунт. Необходимо достаточное, но не избы­точное количество осадков, так как низкое по­ложение уровня грунтовых вод обеспечивает вертикальную циркуляцию просачивающихся в грунты поверхностных вод.

Как уже говорилось, карстовый рельеф су­щественно различается в умеренных и тропи­ческих широтах. В умеренных широтах кар­стовые процессы зависят от глубины зале­гания грунтовых вод, которая для карста является базисом денудации. По этому при­знаку выделяют мелкий и глубокий карст. Для мелкого карста характерны быстрые темпы развития, но меньшая пересеченность местно­сти. Глубокий карст развивается дольше, но при этом образуются глубокие понижения на поверхности и многочисленные пещеры.

По месту расположения карсто­вых форм различают поверхностный и глу­бинный (подземный) карст. В свою очередь, поверхностный карст в зависимости от обна­женности на поверхности карстующихся пород подразделяется на два типа: открытый (го­лый, средиземноморский), когда карстующие-ся породы залегают непосредственно на по­верхности, присущ горным территориям, где лучше обнаженность коренных пород; и по­крытый (восточноевропейский), когда карс-тующиеся породы залегают на некоторой глу­бине под рыхлыми некарстующимися отложе­ниями.

К поверхностным формам карста относят­ся карры (шратты), воронки, котловины (ува­ла), полья.

Карры — комплекс узких борозд глубиной 1—2 м, отделенных друг от друга острыми гребнями. Карры — формы микрорельефа, которые образуются за счет растворения и ме­ханического разрушения поверхностными во­дами трещин пород. Местность, покрытую кар-рами, называют карровым полем. Карровые поля в конечном счете превращаются в вол­нистые равнины с хаотическими скоплениями глыб известняка. Они безжизненны, трудно­проходимы, их нельзя использовать даже для выпаса скота.

Воронки широко распространены в усло­виях и голого, и покрытого карста, как на междуречьях, так и по днищам балок. Это ок­руглые, обычно конусообразные понижения разного размера (до десятков, реже сотен ме­тров в диаметре) и разной глубины (от пер­вых метров до десятков метров). Маленькие плоскодонные воронки называются блюдцами. По происхождению воронки бывают: поверх­ностного выщелачивания (в условиях голо­го карста), провальные — в результате об­рушения кровли над подземными пустотами (в условиях и голого, и покрытого карста) и про-сасывания (в условиях покрытого карста), ког­да в вертикальные каналы на дне, так назы­ваемые поноры (от слова «нора»), вместе с водой вовлекается нерастворимая порода. В случае заиливания понора или повышения уровня грунтовых вод воронки могут превра­титься в постоянные или временные озера, ко­торым присущи сезонные колебания уровня воды.

При соединении множества воронок за счет разрушения перемычек между ними образуют­ся обширные замкнутые понижения — кот­ловины, или увала. У них обычно крутые фе­стончатые склоны, неровное дно, большие размеры: в длину — километры, в ширину — сотни метров, глубиной — первые десятки ме­тров.

Подземные формы карста — колодцы, шах­ты, пропасти, пещеры.

Карстовые колодцы образуются в резуль­тате обрушения кровли над подземной пропа­стью. Колодцы имеют цилиндрическую форму и размеры до 20 м в ширину и глубину.

Шахты — узкие, глубокие (сотни метров) каналы-трубы. Стволы их могут быть прямо­линейные, ломаные, изогнутые. Образуются в результате расширения каналов-трещин, при­чем нередко закладываются на пересечении нескольких систем трещиноватости.

Комбинации естественных шахт с горизон­тальными и наклонными пещерами обычно называют карстовыми пропастями. Глубо­чайшая карстовая пропасть мира — Жан-Бернар глубиной 1535 м в Савойских Альпах Франции.

Пещеры — полости разнообразной формы и величины внутри горных пород, открываю­щиеся на земную поверхность одним или не­сколькими отверстиями. Образование пещер связано с интенсивной растворяющей способ­ностью воды в трещинах породы. Расширяя их, вода создает сложную систему каналов. Там, где вода циркулирует в горизонтальном направлении, ее растворяющий эффект наи­больший — образуется магистральный канал. В него из соседних каналов-трещин стягива­ется вода, и постепенно образуется подземная река в тоннеле. При обрушивании сводов об­разуются гроты. При понижении базиса дену­дации поверхностных и подземных рек послед­ние могут проложить себе новое русло, на бо­лее низком уровне. При этом прежние галереи становятся сухими, а пещеры — многоэтаж­ными.

В зависимости от количества и расположе­ния входных отверстий пещеры делятся на про­ходные и слепые. Проходные (сквозные) пе­щеры имеют отверстия с двух концов (вход и выход), хорошо вентилируются, и температу­ра в них близка к температуре наружного воз­духа. Слепые пещеры имеют одно входное от­верстие и по температурным условиям делят­ся на теплые и холодные в зависимости от расположения входного отверстия относитель­но полости пещеры. В теплых пещерах вход расположен в ее нижней части, так что хо­лодный воздух, заполняющий пещеру зимой, летом стекает из нее, уступая место теплому воздуху. В теплых пещерах археологи нередко находят наскальные рисунки, утварь и даже останки древних людей. Холодные пещеры имеют вход в верхней части. Зимой в них по­падает холодный воздух и, будучи тяжелым, остается там и летом, не успевая прогреться, а попавшая зимой влага может превращаться в лед. Ледяные пещеры с температурой ниже О °С распространены лишь в районах с мо­розными зимами. Например, в Пермской об­ласти находится Кунгурская ледяная пещера в гипсах длиной 4,6 км.

Для пещер характерны натечные кальци-товые образования: сталактиты — сосуль­ки, трубки, бахрома, свешивающиеся с потол­ка, и сталагмиты — столбы, поднимающи­еся вверх со дна пещеры навстречу свисаю­щим сталактитам. Соединяясь, они образуют сталагнаты — натечные колонны. Все эти живописные формы превращают пещеры в ска­зочные дворцы.

Самая большая карстовая пещерная сис­тема мира — Флинт-Ридж-Мамонтова, дли­ной 341 км в западных предгорьях Аппалачей, в известняках, открыта в 1809 г. Пещеры ши­роко распространены в Альпах, Динарских горах, Апеннинах, в Крыму, на Кавказе, на юге Китая, в Аппалачах, Тянь-Шане, на Подольской возвышенности и в других местах.

Карстовым ландшафтам умеренных широт присущи специфические черты природы. Преж­де всего это господство вогнутых замкнутых форм рельефа на поверхности и наличие пус­тот в толщах пород, достигающих размеров крупных пещер. Своеобразны гидрогеологиче­ские условия — слабое развитие поверхност­ных вод: рек и озер мало, территории почти безводные даже во влажном климате. Неболь­шие реки могут уходить в поноры, а затем ни­же по течению появляться вновь на поверх­ности. Так что формируется система прерыви­стых речных долин, элементами которой являются слепые долины, не имеющие устья, и мешкообразные долины с замкнутыми вер­ховьями. Подземные воды в карстовых районах отличаются сильным колебанием уровня воды. В долинах рек наблюдаются мощные «воклюзские» источники (названы по имени источника Воклюз в Южной Франции) с боль­шим, но изменчивым дебитом воды, достига­ющим 30—50 м 3 /с. Своеобразен и почвенно-растительный покров. Перегнойно-карбонат­ные почвы на элювии известняков обладают нейтральной или щелочной реакцией почвен­ного раствора, высоким процентом гумуса, они обычно щебенчатые. Среди растений много засухоустойчивых, типичны кальцефиты.

В карстовых районах затруднены гидротех­ническое строительство в связи с возможной утечкой воды из водохранилищ, прокладка же­лезных и шоссейных дорог из-за неизбежных провалов, строительство гражданских и про­мышленных объектов, особенно АЭС, по при­чине возможной деформации зданий.

Особый характер приобретает карстовый рельеф во влажном климате экваториально-тропических широт. Тропический карст — это останцовый карст в виде куполов, башен, усе­ченных конусов на фоне выровненной поверх­ности. Тропический карст — более зрелая фор­ма карстовой денудации, когда карстующиеся, обычно известняковые, толщи в основном уже уничтожены в результате интенсивного выще­лачивания и сохранились лишь останцы. Это­му способствует постоянно жаркий влажный климат, в связи с чем карстовый процесс раз­вивается на поверхности весь год. К тому же благоприятные для карста условия существу­ют там на протяжении нескольких геологиче­ских периодов — миллионы лет. Вследствие интенсивного развития органической жизни там обилие углекислоты и соответственно большая агрессивность поверхностных и под­земных вод. И еще одно необходимое усло­вие — мощная толща химически чистых мас­сивных трещиноватых известняков. В против­ном случае развиваются вогнутые формы карста, как в умеренных широтах.

Источник